Способы изготовления керамических стержней

Категория:
Производство точных отливок


Способы изготовления керамических стержней

Керамические стержни изготовляют различными способами, например сухим или полусухим прессованием, прессованием под высоким давлением, прессованием под максимально высоким-давлением и при большой скорости (прессование взрывом), изостатическим прессованием, изостатическим горячим прессованием, литьем, центробежным литьем, вибрационным уплотнением, шприцеванием под давлением (запрессовкой) и в некоторых случаях (при изготовлении трубочек из кварцевого стекла) вытяжкой.

Согласно литературным данным керамические стержни изготовляют почти всеми способами, которые используются для изготовления керамики в других отраслях промышленности (выдавливанием, трамбовкой, литьем и т. п.).

Выбор технологии изготовления стержней определяется главным образом формой стержней и их требуемым количеством.

Изготовление стержней надувкой, или выстреливанием. В работе приведена смесь для изготовления-стержней, состоящая из кварцевого песка и жидкого силиката натрия. Сначала стержни отверждают углекислым газом, затем отвержденные стержни пропитывают гидролизованным раствором этилсиликата 40 в спиртовой среде и окончательно высушивают. Согласно данным другого источника стержни изготовляют подобным способом, но вместо кварцевого песка используют цирконовый.

Надувкой, или выстреливанием, можно изготовлять мелкие стержни простой формы с низкой размерной точностью.

Изготовление стержней запрессовкой. Состав для стержней состоит из молотого огнеупорного материала и пластических связующих. Смесь размешивается в смесителе с подогревом при помощи паровой рубашки. После охлаждения отвердевшую массу измельчают, вакуумируют и выдавливают шприц-машиной. После охлаждения массу разламывают на гранулы, пригодные для заполнения запрессовывающих станков. Запрессованные гранулы некоторое время охлаждаются в пресс-форме, после чего стержень отправляют на тепловую обработку для удаления из них пластификаторов. Стержень медленно с тщательным соблюдением режима нагревают до температуры около 320 °С в течение трех суток в зависимости от величины и формы изделия. Огнеупорная смесь при этом способе изготовления имеет частицы величиной максимум 0,1 мкм. Органическое связующее, точнее, пластификатор, имеет точку плавления до 200 °С при давлении пара 133 Па (1 торр). Пластификаторами могут быть нафталин, камфара или парадихлорбензен, которые применяют в количестве jg_32%. После удаления этого связующего стержни при необходимости обрабатывают, зачищают и обжигают при соответствующей температуре в зависимости от состава смеси (обычно при 1200 °С). После обжига стержни шлифуют и полируют.

Запрессовкой можно получать и тонкостенные стержни со стенками толщиной 0,2—9,5 мм независимо от сложности формы. Производительность от 20 до 200 запрессовок.

Так как стержни после запрессовки не всегда прочные, то их прокаливают в профилированных сушителях или укладывают на песчаную постель, например из корунда. Последним способом изготовляют стержни в научно-исследовательском институте керамических смесей (Градец Краловы) с точностью ±1%. Стержни с узкими размерными допусками получают обработкой предварительно или окончательно обожженных стержней. Шлифованием добиваются размерной точности в пределах до 0,02 мм с чистотой поверхности 1—1,2 мкм.

Изготовление стержней прессованием. Сухие или полусухие смеси прессуют чаще всего на обычных прессах или прессах с изо-статическим прессованием при давлении 20—150 МПа. Формы изготовляют из спеченных карбидов вольфрама. Стержневую прессуемую смесь, которая состоит из огнеупорной составляющей связующего и смазки, засыпают в пресс-форму в виде гранул. В качестве связующего и смазки используют воски, поливиниловый спирт, стеарины, полиэтиленпарафин, декстрины и т. п. Сухое прессование считается (по данным технической температуры) наиболее эффективным и производительным способом формообразования огнеупорных материалов. Полусухое прессование отличается от сухого тем, что прессуемая смесь содержит 5— 25% жидкости; давление запрессовки в пределах 3,5—17,5 МПа. Такое относительно низкое давление позволяет использовать пресс-формы из закаленной стали. Процесс прессования полусухих масс легко механизируется.

При изостатичесром прессовании давление равномерно распределено на все части прессуемых стержневых смесей. Поэтому пресс-формы можно изготовлять из эластичных материалов, например резины. Этот способ изготовления стержней еще только развивается и его трудно механизировать.

Для получения окончательной формы стержни обычно обрабатывают. Температуру обжига стержней принимают в зависимости от состава стержневой смеси, требований к стержням в пределах 850—1780 °С. Чтобы при обжиге не происходило больших объемных изменений и чтобы стержни легко удалялись из отливок выщелачиванием, их обжигают при температуре 1200—1250° С 135]. Последующую отработку, например полирование, обычно производят после предварительного спекания. Сухое прессование позволяет получать без дополнительной обработки цилиндрике стерженьки диаметром 1,3—4,0 мм с размерной точностью —0,025 мм. К сожалению, этот способ пригоден только для стержней простой формы. Более сложные стержни можно изготовлять обработкой предварительно обожженных стержневых заготовок. При прессовании полусухих смесей точность стержней ниже.

Изготовление стержней литьем. Суспензии огнеупорных материалов в воде смешивают с веществами, увеличивающими жидко-подвижность суспензии и позволяющими заливать их в гипсовые формы. Эти вещества — жидкое стекло, ортофосфаты, хлорид алюминия и т. п. Требуемая величина рН выдерживается при помощи соляной кислоты или кислого углекислого аммония. Этот способ изготовления стержней запатентован как способ RAM. Смесь (консистенции глины для гончарного круга) вводится в стержневые гипсовые ящики и периодически подпрессовывается. Стержневые гипсовые ящики вставляют в стальные обечайки и выполняют в них отверстия вставленными хлопчатобумажными пробками. При прессовании выдавливаемая из стержневой массы вода через эти пробки удаляется наружу и обезвоженная стержневая смесь затвердевает в гипсовом стержневом ящике.

Таким способом экономически целесообразно изготовлять лишь простые стержни. Для сложных стержней требуются дорогие стержневые ящики с выталкивателями, чтобы можно было извлекать стержни без повреждений. Смесь после заполнения ею стержневого ящика можно вакуумировать с целью предупреждения образования в ней воздушных пузырей.

Стержни можно изготовлять также литьем в металлических или в пластмассовых стержневых ящиках. Если связующим в стержневой смеси является алкозоль гидролитических продуктов этилсиликата 40, то концентрация в связующем должна быть более 20%. В качестве гелеобразователя — катализатора пригоден алюминат кальция в количестве до 10% от массы огнеупорного материала. Необработанные стержни имеют точность ±0,75% и большую газопроницаемость (пористость около 25%). Если же связующим является гидрозоль кремнезема, то наиболее технологичным гелеобразующим катализатором является небольшая присадка амина, например, диэтилентриамина (0,05% от количества используемого огнеупорного материала). Отверждения смеси можно достичь ее замораживанием при низких (до 6 °С) температурах. Способ пригоден для изготовления простых стержней малыми сериями. Его используют литейные цехи точных отливок.

Изготовление стержней виброуплотнением. Этот способ изготовления стержней подобен прессованию. Наибольшее уплотнение стержневой смеси достигается при частоте 2,5—4,0 кГц. Согласно патенту керамические стержни получают заливкой стержневой суспензии из огнеупорных материалов с гидролизованным этилси-ликатом в выплавляемые модели, служащие своеобразными стержневыми ящиками. Затем модели с залитой керамической массой подвергают вибрации. После затвердевания получается стержень.

Изготовление стержней выдавливанием. Этим способом изго-готовляют в основном стержни цилиндрической формы. По литературным данным, этот способ использует фирма Austenal (США). К выдавливаемым, точнее, вытягиваемым стержням относят также трубочки из кварцевого стекла. Их используют в качестве стержней при получении отверстий диаметром 0,5—2,5 мм. Эти трубочки могут быть изогнутыми и соединенными (пайкой или сваркой) в сложнейшие стержни для получения искривленных и лабиринтных каналов в отливках. Их удаляют из отливок достаточно легко выщелачиванием в расплавленном едком натре.

Трубочки из аморфного кварцевого стекла изготовляет государственное предприятие Kavalier Sazava (ЧССР).

Преимущества применения вставляемых керамических стержней обеспечиваются не только их свойствами, высокой размерной точностью и хорошей чистотой поверхности, но и опытом их применения при формовке.


Реклама:



Читать далее:



Статьи по теме:


Главная → Справочник → Статьи → Блог → Форум